Материаловеды скоро смогут контролировать свойства материалов с помощью света.
Группа исследователей из Киотского университета и Технологического института Куруме открыла масштабный закон, определяющий генерацию высших гармоник в твердослоистом перпервоаааовските Ca 2 RuO 4 .
Генерация гармоник высокого порядка — это нелинейное оптическое явление, при котором фотоны экстремального ультрафиолета излучаются материалом в результате взаимодействия со светом высокой интенсивности.
«Явление, которое впервые наблюдалось в системах атомного газа, с тех пор проложило путь к аттосекундной науке», — говорит автор исследования Кенто Учида. «Но это немного более непредсказуемо в некоторых сильно коррелированных твердых телах, таких как Ca 2 RuO 4 » .
Из-за сильного взаимодействия между электронами в этих твердых телах характеристики генерации гармоник высокого порядка могут быть установлены только путем понимания того, как эти электроны движутся в присутствии света.
Чтобы ответить на этот вопрос, который так и не был подтвержден экспериментально, команда исследователей решила наблюдать взаимосвязь между температурой и испусканием фотонов в Ca 2 RuO 4 . Они использовали импульс среднего инфракрасного диапазона для измерения и картирования высокой интенсивности генерации гармоник при температурах от чрезвычайно низких 50 до умеренных 290 градусов по Кельвину.
На нижнем уровне группа зафиксировала генерацию высших гармоник в несколько сотен раз более интенсивную, чем при комнатной температуре. Эмиссия фотонов продолжала усиливаться с увеличением энергии зазора — энергии, необходимой электронам для проведения электричества — наряду с падением температуры.
Команда обнаружила, что такие выбросы происходили в моттовской изолирующей фазе материала, где сильное отталкивание между электронами и высокая энергия зазора превращают металл из электрического проводника в изолятор.
«Мы обнаружили, что гармоники высокого порядка в сильно коррелированных материалах сильно зависят от энергии запрещенной зоны материалов», — объясняет Учида.
Этот закон масштабирования может направить теоретические исследования в сторону более точного описания неравновесной электронной динамики в сильно коррелированных материалах: центральной проблемы физики конденсированного состояния.
Учида заключает, что их «результаты также обеспечивают основу для разработки материалов для создания более эффективных нелинейно-оптических устройств».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
